環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的偏差不確定度評(píng)定

張 利，王選擇

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置是校準(zhǔn)各種類型環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)的專用計(jì)量校準(zhǔn)裝置.為了保證溫度量值的準(zhǔn)確傳遞，根據(jù)中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JF1101－2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，需對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量不確定度的評(píng)定進(jìn)行考核，以確保偏差測(cè)量的不確定度和其他因素不會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來不利影響.

1 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置可實(shí)時(shí)在線性測(cè)量，并能同時(shí)多路自動(dòng)采集鉑電阻的溫度感應(yīng)信號(hào)，是校準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備最先進(jìn)、最方便、最實(shí)用的計(jì)量校準(zhǔn)裝置.本環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置是基于KEITHLEY的2701多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要針對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)，具有中文操作界面、兼容各種常見接口連接方式、兼容2700／2701各種模塊、能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度／相對(duì)濕度／電壓輸出傳感器等參數(shù)進(jìn)行高精度測(cè)量的特點(diǎn)，軟件帶有計(jì)測(cè)量參數(shù)自動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、文件分割等實(shí)用工具.軟件中的測(cè)量參數(shù)自動(dòng)計(jì)算依據(jù)《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》.本裝置配置嚴(yán)格遵守 GB／T2423.4－1993《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程》、和《環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》.它利用鉑電阻檢測(cè)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的溫度，用2701的采集卡多路溫度自動(dòng)切換采集后輸送計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程序控溫進(jìn)行分析計(jì)算處理.校準(zhǔn)過程規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化.

該裝置主要由二等標(biāo)準(zhǔn)PT100鉑電阻、多路數(shù)據(jù)采集卡、2701多功能數(shù)字表、配套用DELL計(jì)算機(jī)及基于KEITHLEY的2701多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件、網(wǎng)線等儀器設(shè)備組成.可以對(duì)工作用各類環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn).

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差不確定度評(píng)定試驗(yàn)流程如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)算機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件界面圖如圖2所示.

2 引起環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量不確定度的各種因素

本次偏差測(cè)量的不確定度評(píng)定以環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)HTF323C型電熱鼓風(fēng)干燥箱為例.在現(xiàn)有條件下，對(duì)該環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差進(jìn)行不確定度評(píng)定［1］.

經(jīng)分析，在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)干燥箱時(shí)，偏差不確定度的來源主要有以下幾個(gè)因素：1）偏差測(cè)量引起的不確定度；2）二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入不確定度；3）標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表溫度檔測(cè)溫引入的不確定度；4）環(huán)境條件引入的不確定度［2－3］.

由于校準(zhǔn)環(huán)境（如溫、濕度）能滿足校準(zhǔn)規(guī)范的要求，在校準(zhǔn)人員認(rèn)真執(zhí)行校準(zhǔn)規(guī)程和操作規(guī)程的條件下，環(huán)境條件引入的不確定度可忽略不計(jì).因此僅就其他幾個(gè)因素引起的不確定度分別進(jìn)行分析評(píng)定.

3 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量不確定度評(píng)定

3.1 偏差測(cè)量引起的不確定度評(píng)定

在裝置工作正常情況下，采用直接測(cè)量法測(cè)量評(píng)定.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)HTF323C型電熱鼓風(fēng)干燥箱，在干燥箱恒定在100℃時(shí)進(jìn)行測(cè)試，9點(diǎn)連續(xù)15次重復(fù)測(cè)量，其數(shù)據(jù)見表1［4］.

表1 重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)表

根據(jù)數(shù)學(xué)模型uA1＝a1／k1.式中：uA1為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻偏差測(cè)量引起的不確定度，a1為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻偏差測(cè)量修正值.偏差測(cè)量引起的不確定度評(píng)定uA為A類，按正態(tài)分布，取置信水平p1＝95%，查正態(tài)分布表得k1＝2，則二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻偏差測(cè)量引起的不確定度uA1＝a1／k1＝0.14／2＝0.07（℃）.

3.2 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入不確定度的評(píng)定

二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入的不確定度評(píng)定方法采用直接測(cè)量法測(cè)量評(píng)定.根據(jù)中國船舶工業(yè)武漢綜合計(jì)量測(cè)試檢定站對(duì)二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的檢定，結(jié)果如表2所示，

表2 二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的檢定結(jié)果

二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻修正平均值aB1，評(píng)定二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入的不確定度.根據(jù)數(shù)學(xué)模型uB1＝aB1／k1.式中：uB1為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入的不確定度，aB1為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻修正值.二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入的不確定度的評(píng)定uB1為B類，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻修正平均值aB1＝0.09℃.按正態(tài)分布，取置信水平p1＝95%，查正態(tài)分布表k1＝2.則二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻引入的不確定度uB1＝a1／k＝0.09／2＝0.045（℃）.

3.3 標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表溫度檔測(cè)溫引入的不確定度的評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表溫度檔測(cè)溫引入的不確定度采用直接測(cè)量法測(cè)量評(píng)定.用電工產(chǎn)品檢測(cè)中心對(duì)標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表溫度檔檢定結(jié)果給出的修正值aB2，評(píng)定用多功能數(shù)字表引入的不確定度.

根據(jù)數(shù)學(xué)模型uB2＝aB2／k2，式中：uB2為標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表引入的不確定度，aB2為標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表修正值.標(biāo)準(zhǔn)用多功能數(shù)字表溫度檔測(cè)溫引入的不確定度uB2為B類.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)用直流數(shù)字表修正值a2，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)用直流數(shù)字表不準(zhǔn)確引入的不確定度.按正態(tài)分布取置信水平p2＝95%，查正態(tài)分布表k2＝2.則標(biāo)準(zhǔn)用直流數(shù)字表不準(zhǔn)確引入的不確定度uB2＝aB2／k2＝0.06／2＝0.03（℃）.

3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

上述環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差不確定度評(píng)定校準(zhǔn)裝置的各不確定度分量相互獨(dú)立.各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表3.

則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)公式

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.08℃.

表3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

3.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

根據(jù)正態(tài)分布，取置信水平為95%，k＝2，則環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差測(cè)量的擴(kuò)展不確定度Uc＝k×uc＝0.16℃.

4 結(jié)論

通過對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的偏差測(cè)量不確定度在現(xiàn)有條件下的來源進(jìn)行分析并實(shí)際測(cè)量，對(duì)偏差測(cè)量不確定度進(jìn)行分析評(píng)定，評(píng)定結(jié)果能夠全面反映環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備偏差情況，為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備量值傳遞提供了依據(jù).

［1］劉安平，喬 東，施昌彥，等.檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

［2］國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，國際電工委員會(huì)，國際計(jì)量局，等.JJF1O59—1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》［S／OL］.［2011－10－01］http：／／nb.iwhr.com／nwxw／news／li070809－bz5.pdf

［3］倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2007.

［4］余 奇.環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.